專利名稱：定量檢測痕量羅丹明6g的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定量檢測方法，特別是涉及利用表面增強拉曼光譜(SERS)技術(shù) 定量檢測溶液中超低濃度的羅丹明6G的方法。屬于SERS檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
表面增強拉曼光譜技術(shù)由于其高靈敏度，無損，快速，結(jié)構(gòu)信息量大等優(yōu)點，被廣 泛應(yīng)用于環(huán)境，食品安全等研究領(lǐng)域。當(dāng)待測分子吸附在SERS活性基底表面受到激光照射 時，其拉曼信號被極大的增強，從而可實現(xiàn)單分子層甚至單個分子的檢測。目前常用的SERS 活性基底包括粗糙金屬電極，金屬溶膠，復(fù)合金屬溶膠，金屬納米棒，金屬納米線，金屬納米 陣列，金屬沉積島膜。這些活性基底使得人們在SERS傳感技術(shù)方面的研究取得了很多成 果，但同時也各自存在著一些缺陷，如靈敏度低，重復(fù)性差等。因此，想要獲得一種具有高靈 敏度，高重復(fù)性，高穩(wěn)定性，可實現(xiàn)對待測分子定量測量的實用傳感器活性基底目前仍是一 個很大挑戰(zhàn)。電磁增強模型認為，激光照射到金屬粗糙表面時，入射電磁波誘發(fā)金屬表面產(chǎn)生 共振的表面等離子體波，極大地增強了金屬表面的電磁場強度，使得吸附于表面的待測分 子產(chǎn)生增強的拉曼散射信號。而理論研究表明，表面等離子體波的強度依賴于金屬納米結(jié) 構(gòu)的介電常數(shù)，尺寸和形狀等因素，因此，通過控制金屬納米結(jié)構(gòu)的尺寸和有序度可使得其 在給定的檢測環(huán)境下達到最理想的SERS效果。羅丹明6G是一種酚類化合物，常作為重要的有機化工原料和中間體，在農(nóng)業(yè)、染 料、香料、橡膠、醫(yī)藥、感光材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，對人體及其他生物的毒性較大。而 現(xiàn)在的檢測技術(shù)僅限于對中高濃度羅丹明6G的檢測，而無法對其進行痕量以及定量的檢 測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用拉曼光譜儀檢測痕量羅丹明6G的方法，其是基于 拉曼光譜技術(shù)利用一種具有SERS活性的“三明治”體系檢測出溶液中超低濃度的羅丹明6G 分子。本發(fā)明的另一目的是建立羅丹明6G的SERS強度-濃度關(guān)系曲線，以此曲線作為 參照物可實現(xiàn)對溶液中羅丹明6G含量的定量檢測。為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案本發(fā)明提供一種利用拉曼光譜儀定量檢測痕量羅丹明6G的方法，包括以下步驟1)采用交流電化學(xué)沉積法制備多個銀納米線陣列以硝酸銀/硼酸混合水溶液為 電解液，在交流電壓下，向AAO模板的孔洞中限域沉積銀納米線，形成銀納米線陣列；2)制備銀納米顆粒，并分別與不同濃度的羅丹明6G溶液混合，將得到的不同濃度 的混合溶液分別滴在制備好的銀納米線陣列上，形成銀納米顆粒/羅丹明6G溶液/銀納米 線陣列的SERS增強“三明治”體系；
3)待“三明治”體系自然干燥后，在拉曼光譜儀上對其進行拉曼光譜測試，得到不 同濃度羅丹明6G溶液的SERS譜；4)計算不同濃度羅丹明6G溶液SERS譜的特征峰強度，得到羅丹明6G的SERS強 度-濃度的關(guān)系曲線，此曲線是作為羅丹明6G定量檢測的依據(jù)；5)將未知濃度的羅丹明6G溶液SERS強度與羅丹明6G的SERS強度-濃度關(guān)系曲 線進行對照，以得出羅丹明6G溶液的濃度。其中所述的硝酸銀的濃度為0. 04-0. 06mol/L，硼酸的濃度為25_30g/L，交流電壓 為17-18V、50HZ，沉積時間為100-120S，AAO模板的孔徑為50_60nm。其中所述的銀納米線陣列中的銀納米線的直徑為50-60nm，長度為1-1. 2μπι。其中所述的銀納米顆粒的直徑為70-90nm。其中所述拉曼光譜測試使用的拉曼光譜儀的參數(shù)設(shè)置為激光波長532nm、功率 5mW、掃面范圍為 200-200001^。其中所述的羅丹明6G溶液SERS強度-濃度關(guān)系曲線為一條對數(shù)線性關(guān)系曲線， 該關(guān)系曲線的公式為IogI = 0. 1498*logC+2. 6337，其中1為SERS強度，C為羅丹明6G溶 液濃度。本發(fā)明的優(yōu)點在于1.本方法通過控制銀納米顆粒和銀納米線陣列的尺寸，使其 吸收峰與所用激光波長相匹配。因此當(dāng)激光照射到“三明治”體系表面時可激發(fā)出極強的 表面等離子體波，有利于熱點的形成。并且本方法所采用的“三明治”體系可使得羅丹明6G 溶液的分子大部分都處在銀納米顆粒和銀納米線陣列之間的熱點區(qū)域內(nèi)，SERS信號被極大 增強，檢測極限達到10_19mOl/L。因此，本檢測方法的靈敏度很高。2.本方法檢測到羅丹明 6G的SERS強度-濃度之間存在著良好的對數(shù)線性關(guān)系，因此，本方法可用于物質(zhì)的定量檢 測。3.本方法制備的銀納米線陣列的銀納米線直徑和長度均一，且被固定在AAO模板的孔 洞里；銀納米顆粒尺寸均勻，與羅丹明6G溶液混合后隨機吸附在銀納米線陣列的表面上， 在整個表面上密度是均勻的；因此在隨機檢測中“三明治”體系表面被激光束照射到的熱點 數(shù)目應(yīng)該都是相等的，也就是說在表面不同位置所檢測到的SERS信號強度的差別很小。因 此，本檢測方法具有很高的重復(fù)性。4.本方法制備的“三明治”體系保存一周后再進行拉曼 檢測，其SERS性能與一周前基本保持一致，表明此基底具有較強的穩(wěn)定性。因此，基于其高靈敏度，高重復(fù)性和穩(wěn)定性，快速，無損等優(yōu)點，此“三明治”體系可 以廣泛應(yīng)用于其它痕量物質(zhì)的定量檢測中。


為進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容及特點，以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作一詳細的 描述，其中圖1是本發(fā)明所述的“三明治”體系的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所述的不同濃度羅丹明6G溶液的SERS譜圖。圖3是本發(fā)明所述的羅丹明6G溶液SERS強度-濃度關(guān)系曲線。圖4是本發(fā)明所述的超低濃度羅丹明6G溶液的“三明治”體系的SERS譜圖和純 羅丹明6G溶液的普通拉曼譜圖。
具體實施例方式請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種利用拉曼光譜儀定量檢測痕量羅丹明6G的方 法，包括以下步驟1)采用交流電化學(xué)沉積法制備多個銀納米線陣列20，制備方法如下首先利用兩 步陽極氧化法制備AAO模板10，所用二次氧化電壓為45V，二次氧化時間為30min，之后以 2V/min的速度將電壓連續(xù)下調(diào)至11-13V，獲得阻擋層較薄的AAO模板10。將其浸入去離子 水中靜置30分鐘，去除雜質(zhì)離子。此AAO模板10仍保留鋁層和阻擋層，其孔徑為50-60nm。 之后，將0. 04-0. 06mol/L的硝酸銀和25_30g/L的硼酸加入200ml的去離子水中制成的透 明混合溶液做為電解液，保留鋁層和阻擋層的AAO模板10和鉬電極分別作為兩個電極浸入 電解液中，在兩電極之間加17-18V、50HZ的交流電壓進行電化學(xué)沉積，100-120S后，關(guān)掉電 源，迅速將電解液倒出，然后用去離子水反復(fù)清洗沉積后的AAO模板10，此時AAO模板10的 孔洞中已經(jīng)沉積滿了銀納米線陣列20，顏色也由透明變?yōu)楹谏?。之后用高氯?氯化銅的 過飽和溶液將沉積后的AAO模板10背面的鋁層去除，再用質(zhì)量分數(shù)為5%的磷酸溶液去除 阻擋層，去除時間為90-100min，使得沉積在AAO模板10孔洞中的銀納米線陣列20的尖端 部分剛好裸露出來，此時顏色變?yōu)樯罨疑?。之后將銀納米線陣列20浸入60°C的去離子水中 靜置30分鐘，以去除其表面的雜質(zhì)離子，取出后放入無水乙醇中保存。制備好的銀納米線 陣列20的銀納米線直徑為50-60nm，長度為1-1. 2 μ m。2)制備直徑為70-90nm，形狀不規(guī)則，棱角較多的灰色銀納米顆粒30，分別與多種 不同濃度OX10-8-2Xl(T2°mOl/L，間隔為一個數(shù)量級)的羅丹明6G溶液40按體積比1 1 混合，將混合溶液超聲振蕩lOmin，之后用移液器將不同濃度的混合溶液分別滴在制備好的 銀納米線陣列20上，自然干燥以后，就形成不同濃度的銀納米顆粒30/羅丹明6G溶液40/ 銀納米線陣列20的“三明治”體系。3)利用拉曼光譜儀對制備好的“三明治”體系進行拉曼光譜測試，得到不同濃度羅 丹明6G溶液40的SERS譜圖，如圖2所示的。由圖中可以看出，當(dāng)羅丹明6G溶液40的濃 度在2X 10_8-2X 10_18mol/L之間時，對應(yīng)的SERS譜圖中均出現(xiàn)了羅丹明6G的特征峰，這說 明利用所述“三明治”體系，可以實現(xiàn)對上述各個濃度的羅丹明6G溶液40的檢測。從圖2 中還可以看出，羅丹明6G溶液40的特征峰強度隨著其濃度的減小而明顯降低。為了得出 本方法的檢測極限，繼續(xù)降低羅丹明6G溶液40的濃度，得到的SERS譜圖如圖4所示。其 中圖如是純羅丹明6G溶液40的普通拉曼譜，圖4b和4C是羅丹明6G溶液40濃度分別為 10_2Clmol/L和10_19mol/L時的SERS譜?？梢钥闯?，當(dāng)濃度為10_19mol/L時，羅丹明6G溶液 40的拉曼特征峰還可以從背底中分辨出來，而當(dāng)濃度降至10_2°mol/L時，羅丹明6G溶液40 的特征峰已經(jīng)完全分辨不出來了，說明此方法可檢測出的羅丹明6G溶液40的最低濃度為 10_19mol/L。整個拉曼光譜測試過程是在銀納米線陣列20和銀納米顆粒30保存一星期后 才進行的，所使用的拉曼光譜儀的參數(shù)設(shè)置為激光波長532nm、束斑直徑為3μπκ功率為 5mW、掃面范圍 200-200001^04)計算不同濃度羅丹明6G溶液40的SERS譜特征峰強度觀察SERS譜圖可以看 出1649CHT1處的拉曼峰強度最大，將其作為羅丹明6G溶液40的特征峰，對其積分面積進行 計算，用以代表相應(yīng)的SERS信號強度。之后用origin軟件擬合SERS信號強度與羅丹明6G 溶液40的濃度的關(guān)系，得到一條對數(shù)線性關(guān)系曲線，線性度良好，如圖3所示。該關(guān)系曲線的公式為IogI = 0. 1498*log C+2.6337，其中1為SERS強度，C為羅丹明6G溶液40的濃 度，此曲線是作為羅丹明6G溶液40定量檢測的依據(jù)。5)配置未知濃度的羅丹明6G溶液40，制備成所述的“三明治”體系并進行拉曼光 譜測試，計算出測得的SERS譜圖中1649cm—1峰的積分面積。將其與羅丹明6G的SERS強 度-濃度關(guān)系曲線進行對照，強度相同時，相應(yīng)的濃度即是未知羅丹明6G溶液40的濃度。具體實例以下為采用本發(fā)明提供的方法定量檢測溶液中超低濃度的羅丹明6G的實例。首先制備孔徑為50nm的AAO模板10待用。然后，將0. 05mol/L的硝酸銀和30g/ L的硼酸加入200ml的去離子水中制成電解液，在17. 8V、50HZ的交流電壓下向AAO模板10 中限域沉積銀納米線陣列20，沉積時間為120S，之后用去離子水反復(fù)清洗沉積后的AAO模 板10。用高氯酸氯化銅的過飽和溶液將沉積后的AAO模板10背面的鋁層去除，再將其背面 浸在質(zhì)量分數(shù)為5%的磷酸溶液中90min，去除阻擋層。之后將其浸入60°C的去離子水中 靜置30min，去除裸露出尖端部分的銀納米陣列20表面的雜質(zhì)離子，取出后放入無水乙醇 中保存。制備的銀納米線陣列20的銀納米線直徑為50nm，長度為1 μ m。首先制備平均直 徑為80nm，形狀不規(guī)則，棱角較多的灰色銀納米顆粒30備用。再稱取微量羅丹明6G粉末， 溶于IOml去離子水中，超聲分散IOmin后，將其與制備好的銀納米顆粒30按體積比1 1 充分混合，得到灰色混合溶液。用移液器將上述混合溶液滴在銀納米線陣列20上，待其自 然干燥，形成銀納米顆粒30/羅丹明6G溶液40/銀納米陣列20 “三明治”體系。利用拉曼 光譜儀對其進行拉曼光譜測試，獲得未知濃度羅丹明6G溶液40的SERS譜。計算SERS譜 1649cm-1峰的積分面積，將其值與羅丹明6G溶液40的SERS強度-濃度關(guān)系曲線進行對照， 得出羅丹明6G溶液40的濃度約為10_13mOl/L。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種利用拉曼光譜儀定量檢測痕量羅丹明6G的方法，包括以下步驟1)采用交流電化學(xué)沉積法制備多個銀納米線陣列以硝酸銀/硼酸混合水溶液為電解 液，在交流電壓下，向AAO模板的孔洞中限域沉積銀納米線，形成銀納米線陣列；2)制備銀納米顆粒，并分別與不同濃度的羅丹明6G溶液混合，將得到的不同濃度的混 合溶液分別滴在制備好的銀納米線陣列上，形成銀納米顆粒/羅丹明6G溶液/銀納米線陣 列的SERS增強“三明治”體系；3)待“三明治”體系自然干燥后，在拉曼光譜儀上對其進行拉曼光譜測試，得到不同濃 度羅丹明6G溶液的SERS譜；4)計算不同濃度羅丹明6G溶液SERS譜的特征峰強度，得到羅丹明6G的SERS強度-濃 度的關(guān)系曲線，此曲線是作為羅丹明6G定量檢測的依據(jù)；5)將未知濃度的羅丹明6G溶液SERS強度與羅丹明6G的SERS強度-濃度關(guān)系曲線進 行對照，以得出羅丹明6G溶液的濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的定量檢測痕量羅丹明6G的方法，其中步驟1)所述的硝酸銀 的濃度為0. 04-0. 06mol/L，硼酸的濃度為25_30g/L，交流電壓為17_18V、50HZ，沉積時間為 100-120S, AAO 模板的孔徑為 50-60nm。
3.如權(quán)利要求1所述的定量檢測痕量羅丹明6G的方法，其中步驟1)所述的銀納米線 陣列中的銀納米線的直徑為50-60nm，長度為1-1. 2 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的定量檢測痕量羅丹明6G的方法，其中步驟2、中所述的銀納米 顆粒的直徑為70-90nm。
5.如權(quán)利要求1所述的定量檢測痕量羅丹明6G的方法，其中步驟3)中所述拉 曼光譜測試使用的拉曼光譜儀的參數(shù)設(shè)置為激光波長532nm、功率5mW、掃面范圍為 200-200001^。
6.如權(quán)利要求1所述的定量檢測痕量羅丹明6G的方法，其中步驟4)中所述的羅丹明 6G溶液SERS強度-濃度關(guān)系曲線為一條對數(shù)線性關(guān)系曲線，該關(guān)系曲線的公式為log I = 0. 1498*log C+2.6337，其中1為SERS強度，C為羅丹明6G溶液濃度。
全文摘要
一種利用拉曼光譜儀定量檢測痕量羅丹明6G的方法，包括以下步驟采用交流電化學(xué)沉積法制備多個銀納米線陣列以硝酸銀/硼酸混合水溶液為電解液向AAO模板的孔洞中限域沉積銀納米線，形成銀納米線陣列；制備銀納米顆粒，并分別與不同濃度的羅丹明6G溶液混合，分別滴在制備好的銀納米線陣列上，形成SERS增強“三明治”體系；待“三明治”體系自然干燥后，在拉曼光譜儀上對其進行拉曼光譜測試，得到不同濃度羅丹明6G溶液的SERS譜；計算不同濃度羅丹明6G溶液SERS譜的特征峰強度，得到羅丹明6G的SERS強度-濃度的關(guān)系曲線，此曲線是作為羅丹明6G定量檢測的依據(jù)；將未知濃度的羅丹明6G溶液SERS強度與羅丹明6G的SERS強度-濃度關(guān)系曲線進行對照，以得出羅丹明6G溶液的濃度。
文檔編號G01N1/28GK102109467SQ201010591599
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者張利勝, 張君夢, 曲勝春, 王占國 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所